板料电磁加热渐进成形方法及装置与流程

1.本发明的板料电磁加热渐进成形方法及装置，属于先进板料塑性成形加工技术领域。


背景技术：

2.金属板料零件在工业领域有着十分普遍的应用，传统的板料成形工艺中，冲压工艺具有重要的地位，它具有效率高、成本低、适合大批量生产等重要特点。然而，近年来随着科学技术日新月异的发展以及客户的个性化需求不断提高，传统的冲压工艺需要设计制造模具才能投入生产，这样就造成产品的生产周期长，费用高，导致传统的冲压工艺已经无法满足小批量，多品种和个性化定制的需求。
3.为了适应灵活的市场，许多金属板料无模成形技术涌现出来，其中金属板料渐进成形技术得到了最为广泛的关注和研究。金属板料渐进成形更能充分地利用材料的成形潜力，因此该技术可用于成形变形程度更大、形状更为复杂的板料零件。美国学者p.roux于1960年在专利中最早触及板料渐进成形思想。1994年，日本学者松原茂夫提出了真正意义上的板料数控渐进成形技术(incremental sheet metal forming，isf)，该技术将快速原型制造技术中“分层制造”的思想引入到塑性加工领域，把复杂的钣金零件三维模型沿一定方向离散化，并在分解后的每个等高层上生成数控加工轨迹。根据事先编好的数控代码，利用数控渐进成形机床控制成形工具头，使之沿着加工轨迹运动逐点成形零件，从而获得目标制件。
4.目前渐进成形的研究主要集中在常温条件下。虽然渐进成形在常温条件下材料的成形性能明显优于普通成形，但是对于一些塑性较差的材料，如钛合金等材料，成形较深零件时仍然无法达到要求。通常在加热条件下这些材料的塑性可以大大得到提高，因此对加热条件下的渐进成形工艺能够成形该类材料。国外一些学者对板料局部加热渐进成形进行了研究，主要集中在局部激光加热，搅拌摩擦加热，但是激光加热由于其所需设备较为复杂，使得加工成本大幅提高，故不易推广，而搅拌摩擦加热需要成形工具高速旋转，既损伤成形零件的表面质量，又很难提高板料的成形温度，国外还有一些学者研究了板料整体电加热渐进成形，虽然能够使板料在成形过程中均匀受热，但是由于温度过高，易对成形装置造成影响，故需要添加冷却系统，这样就大幅提高了成形装置的复杂程度及制造成本且该种加热方式能耗相对较大。国内学者范国强提出了板料局部电加热渐进成形加工方法，利用成形工具头，板料，压头，相应的线路及电源形成回路，使板料与成形工具头接触地方产生焦耳热，进行成形。但是该类加热方法在成形工具头与板料接触的瞬间易产生电火花，进而板料产生烧伤现象。就目前研究而言，热渐进成形加工方法还处于探索阶段，大家都没有得出一个较为适合的加热方法运用于热渐进成形工艺。本发明的目是为难成形材料小批量个性化产品的加工，寻找一种成本低廉，设备结构简单，操作容易及加工绿色环保的工艺，更好地满足现代工业的发展需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对目前板料热渐进成形方面所存在的问题，提出应用范围广，操作便捷，成本低廉，结构简单及加工绿色环保的板料电磁加热渐进成形方法及装置。该技术可以成形高精度复杂零件及室温下难塑性成形的金属板料。
6.一种板料电磁加热渐进成形方法，包括以下步骤：
7.(1)、利用cam软件生成所需零件的加工轨迹，然后通过后处理导出数控加工机床所需的nc代码；
8.(2)、成形夹具在成形过程中夹紧板料，并随成形工具头在竖直方向上同步运动；
9.(3)、成形工具头沿着成形轨迹逐层加工板料，最终使板料变成为所需的零件形状；
10.其特征在于还包括以下过程：
11.板料下方的线圈通电，使线圈所包围的地方产生感应磁场，当磁场穿过金属板料时，在板料区域产生涡流，使其因涡流效应产生热量而软化，从而实现板料的渐进成形。
12.所述的板料电磁加热渐进成形方法能够成形外形复杂及精度要求高的零件。
13.所述的板料电磁加热渐进成形方法能够成形常温下难塑性成形的金属板料。
14.一种板料电磁加热渐进成形装置包括：电源，上压板，板料，支撑，成形工具头，紧固螺栓，下托板，线圈，垫板，底板。
15.所述的电源需要在成形过程中，产生随时间变化的高频电流。
16.所述的板料如果具有导磁性无需进行涂层处理，对于无导磁性的板料需要进行耐高温涂层处理，使其具有导磁性。
17.所述支撑为分离式支撑，由多个小块支撑拼装而成，并且每个小块之间留有一定的间隙，使其在成形时，无法产生闭合的感应电流。
18.所述线圈紧密缠绕在成形装置外围，形成很多个封闭环。
19.所述垫板由无磁材料组成，固定在底板与支撑之间，使其下端的部件不会受到涡流效应的影响产生热量，从而影响其余部件的使用性能。
20.由于采用了上述成形方法及装置，板料电磁加热渐进成形方法及装置具有以下优点：
21.(1)该成形方法加热速度快，控制方便，操作容易，成本低廉。解决了激光加热渐进成形及板料整体电加热渐进成形中，设备及控制要求高，成本高，操作复杂的问题；
22.(2)该成形方法利用电磁感应原理，使金属板料成形区域产生涡流效应生热的软化，从而使其能够顺利成形。解决了局部电加热渐进成形中，由于成形工具头与板料接触瞬间，在接触区域产生电火花烧伤板料的问题；
23.(3)减少板料在成形过程中回弹量，提高成形零件的精度；
24.(4)能够很好运用于渐进成形的正成形加工，得到复杂形状的零件；
25.(5)室温下难塑性变形的金属，通过该成形方法及装置能够顺利成形出所需形状；
26.(6)该成形方法及装置实现了板料成形区域均匀加热，也实现了绿色环保的现代化加工理念。
附图说明
27.图1所示为板料电磁加热渐进正成形加工示意图。
28.图2所示为板料电磁加热渐进反成形加工示意图。
29.图中编号名称：1电源，2上压板，3板料，4支撑，5成形工具头，6紧固螺栓，7下托板，8线圈，9垫板，10底板。
具体实施方式
30.附图1和附图2分别为板料电磁加热渐进正成形和反成形加工示意图。成形工具头夹持在数控机床主轴，使成形工具头沿设计的成形轨迹对板料进行逐层加工，完成由局部变形到整体变形的过程。电磁加热装置主要包括电源、线圈，线圈紧密缠绕在成形架的外围，形成多个封闭环，电源提供随时间变化的高频电流，当该电流通过线圈时，在线圈所组成的封闭环的中间区域产生变化的磁场，在磁场通过成形板料时，由于电磁感应原理，会在板料上产生涡流效应，使板料的温度升高而软化。支撑下端采用绝磁材料避免涡流效应影响其他部件。
31.由于图2所示板料电磁加热渐进反成形，只能成形简单零件，结构简单，基本原理同正成形相似，在此就不再进行阐述。以下对图1所示板料电磁加热渐进正成形进行详细叙述。
32.首先通过cam软件设计成形零件的加工轨迹，利用其后处理模块生成数控机床能够识别的nc代码。
33.将成形装置安装在数控机床的加工台上，并通过夹具将其固定，同时将成形工具5头安装到机床主轴。
34.将支撑4的各个组成部件分别安装到垫板9的相应位置上，使其组成所设计的零件形状。
35.垫板9采用绝磁材料制成，固定在成形装置的底板10上，隔绝磁场，防止涡流效应影响其他部件的使用性能。
36.线圈8紧密缠绕在成形装置的外围，形成多个封闭的环，伸出两端分别接入电源，电源提供随时间变化的高频电流，使得封闭环中间区域产生不断变化的磁场。
37.板料4如果具有导磁性，可以不做处理直接通过紧固螺栓6夹紧在上压板2与下托板7之间，如果板料4没有导磁性，需要进行表面耐高温涂层处理，使其具有导磁性后，再进行装夹。
38.将nc代码导入数控机床，使其驱动成形工具头5沿着所设计的成形轨迹对板料进行逐层加工，加工同时上压板2与下托板7在竖直方向与成形工具头在竖直方向的运动同步。
40.加工完成后，成形工具头抬起到安全位置机床停止，关闭电源1，待板料4冷却到室温时，取下板料，得到成形制件。